força
Tamanho físico | ||||||||||
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Sobrenome | força | |||||||||
Símbolo de fórmula | majoritariamente | |||||||||
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A resistência de um material descreve a capacidade de suportar cargas mecânicas antes que a falha ocorra e é especificada como tensão mecânica (força por área da seção transversal). A falha pode ser uma deformação inadmissível , em particular uma deformação plástica (permanente) ou uma quebra . A resistência é definida como a tensão máxima (técnica) que um material pode suportar durante sua deformação.
A força depende de:
- o tipo de tensão ( tensão , compressão, flexão, cisalhamento ),
- o curso do tempo (constante, mudança, inchaço) e a velocidade do estresse
- do material
Tipos de forças
Se as deformações em um componente são medidas em função das diferentes forças aplicadas, curvas de medição são obtidas a partir das quais os parâmetros de resistência tecnicamente relevantes podem ser determinados e diagramas de tensão-deformação podem ser criados. Dependendo do material, condição do material, temperatura, tipo de carga e velocidade de carregamento, diferentes resistências podem ser obtidas. A resistência à ruptura é a tensão imediatamente antes da quebra e, portanto, é igual ou menor que a resistência geral. Normalmente, a força é especificada e medida em condições de laboratório . Em temperaturas elevadas, o termo “ resistência ao calor” é usado.
(Quase) estático, carregamento uniaxial
As curvas de endurecimento de tração do teste de tração uniaxial são particularmente difundidas porque podem ser medidas com mais precisão e com pouco esforço:
Carregamento multi-eixo
Muitos valores característicos são frequentemente determinados apenas em um teste de tração uniaxial. No entanto, os componentes são frequentemente submetidos a tensões de múltiplos eixos (por exemplo, ondas na flexão e torção). Estritamente falando, uma curva é uma carga multiaxial. Aqui está, com a ajuda de uma hipótese de força de tensão equivalente uniaxial para determinar qual pode então ser comparada com a resistência conhecida.
Carga dinâmica
Os componentes vibratórios e também em geral móveis são carregados periodicamente. Essas cargas não podem ser adequadamente descritas com a ajuda dos valores característicos acima mencionados; o material então falha mesmo com cargas significativamente mais baixas. Essas cargas são registradas com o auxílio da resistência à fadiga . Portanto, é feita uma distinção:
- Força sob carga estática;
- Resistência sob (única) carga aplicada rapidamente (por exemplo, impulso dinâmico );
- Resistência à fadiga , quando um componente deve suportar um número limitado de cargas repetidas;
- Resistência à fadiga ou resistência à fadiga , se o componente for suportar "infinitas" cargas repetidas.
Materiais de alta resistência
Os metais que atingem valores de resistência particularmente altos em comparação com sua "resistência normal" devido a certos processos de revenimento são chamados de alta resistência . Da mesma forma, algumas ligas metálicas são designadas como de alta resistência, que foram especialmente desenvolvidas para cargas tão elevadas que os metais e materiais comuns não podem ser usados. Os materiais de alta resistência geralmente têm um alto limite elástico e freqüentemente quebram frágeis após uma leve deformação .
Materiais com alta resistência geralmente são adequados para construção leve , especialmente materiais com alta resistência específica (resistência por densidade). No entanto, os materiais de alta resistência geralmente são mais difíceis de usinar. Para uma formabilidade favorável (usinabilidade por forjamento e processos semelhantes) e usinabilidade (usinabilidade por fresamento, furação e outros), uma baixa resistência é geralmente considerada desejável. Os metais puros geralmente têm uma resistência menor do que as ligas .
Alguns parâmetros de material semelhantes devem ser distinguidos da resistência : rigidez descreve a relação entre alongamento e tensão mecânica , enquanto a dureza de um material descreve sua resistência a corpos penetrantes. A tenacidade é uma medida da capacidade de um registro de energia de deformação do material (plástico) sem quebrar. As propriedades do material dependem parcialmente umas das outras (veja por exemplo dureza e resistência ).
Projeto de componente usando o exemplo de "fio de aço"
A resistência mínima à tração para um aço (S235JR - antigo St37-2), que é usado em estruturas de aço , é de 370 N / mm², dependendo da qualidade. Sua força de escoamento mínima , entretanto, é 235 N / mm². Se uma amostra deste aço, que tem uma seção transversal de 1 mm², fosse carregada com uma força em um ensaio de tração , isso teria que ser de pelo menos 370 N (para uma certa porcentagem; geralmente o valor de fratura de 95% ) para obter a amostra de rasgo. 370 N correspondem ao peso de uma massa de 37,7 kg na terra. A partir disso, pode-se concluir que ao tentar levantar uma massa de 37,7 kg ou mais com este fio de aço, a falha do material não pode mais ser descartada. Com esta carga, o fio fica permanentemente (plasticamente) deformado. Uma vez que isso geralmente não deve ser permitido, a tensão de escoamento mínima é freqüentemente usada no projeto mecânico de componentes . Este valor indica a tensão no material até a qual ocorre essencialmente apenas a deformação elástica . Isso significa que, com uma força de tração de 235 N em uma amostra com uma seção transversal de 1 mm², esta amostra se estende, mas essencialmente retorna ao seu estado original sem deformar permanentemente (plasticamente). Uma massa de 23,9 kg pode ser determinada aqui, com o peso do qual este material pode ser carregado no ensaio de tração, mas se comporta de forma elástica.
Factor de segurança
Por razões de segurança , os parâmetros especificados em aplicações técnicas são geralmente divididos por um fator de segurança que leva em consideração as incertezas na avaliação da tensão e da dispersão dos valores de resistência, mas também depende do possível dano em caso de falha do componente .
Construção de concreto
No documento básico do Eurocódigo 3, o coeficiente de segurança parcial recomendado para situações de projeto permanente e temporário para concreto é γ c = 1,5 e para armadura de aço, bem como para protensão de aço, γ s = 1,15. Em situações incomuns de projeto, γ c = 1,2 para concreto e γ s = 1,0 para aço de reforço e aço de protensão.
construção de aço
Na construção em aço na Áustria e na Alemanha, o fator de segurança contra falha do aço de acordo com o Eurocódigo 3 é γ M2 = 1,25 , análogo ao documento básico . De acordo com o documento básico Eurocódigo 3, é proposto um fator de segurança de 1,0 contra escoamento (γ M0 e γ M1 ). B. foi adotado na Áustria e na Grã-Bretanha, mas a Alemanha desvia (exclusivamente) com o valor recomendado γ M1 no anexo nacional (mas não com γ M0 ) e escolhe γ M1 para edifícios (excluindo situações excepcionais de projeto) 1.1, o valor para γ M0 também é escolhido como 1,0 (exceto para verificações de estabilidade na forma de verificações de seção transversal com forças internas de acordo com a teoria de segunda ordem). Deve-se observar que as cargas são protegidas por seus próprios fatores (ver conceito de segurança parcial semi-probabilística do Eurocódigo 0 ).
Estruturas compostas de aço e concreto
O documento básico do Eurocódigo 4 refere-se ao Eurocódigo 2 no que diz respeito aos coeficientes de segurança parciais para concreto e armadura e ao Eurocódigo 3 para aço estrutural, chapas perfiladas e elementos de fixação.
Construção em madeira
De acordo com o Eurocódigo 5, o valor de projeto das resistências é calculado da seguinte forma:
k mod é o coeficiente de modificação das intensidades para levar em consideração as classes de serviço e as classes de duração da carga. Isso está entre 0,2 ≤ k mod ≤ 1,1; para impactos de médio (longo prazo), k mod para madeira sólida e laminada colada nas classes de serviço 1 (áreas internas) e 2 (cobertas) é 0,8; na classe de serviço 3 (intemperizado) 0,65 e para impactos breves, k mod para madeira sólida, bem como madeira laminada colada nas classes de serviço 1 (interna) e 2 (coberta) é 0,9; na classe de serviço 3 (intemperizado) 0.7.
Para situações excepcionais, γ M é igual a 1 e para a combinação básica 1,2 ≤ γ M ≤ 1,3, onde γ M é 1,3 para madeira maciça e conexões e γ M = 1,25 para madeira laminada colada .
literatura
- Eckard Macherauch, Hans-Werner Zoch: Estágio em ciência dos materiais. 11., completamente revisado. e exp. Ed., Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8348-0343-6 .
Evidência individual
- ^ Arndt, Brüggemann, Ihme: Strength theory for industrial engineer , Springer, 2ª edição, 2014, p. 7.
- ↑ Eckard Macherauch, Hans-Werner Zoch: Estágio em ciência dos materiais. 11., completamente revisado. e exp. Ed., Vieweg-Teubner, Wiesbaden 2011, p. 157 e segs.
- ↑ Weißbach, Wolfgang: Ciência dos materiais: estruturas, propriedades, testes . 16ª edição revisada. Friedr. Vieweg & Sohn Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0295-8 , p. 393 .
- ↑ a b c d e CEN / Valor de tensão TC 250: EN 1993-1-1: 2010-12: Dimensionamento e construção de estruturas de aço - Parte 1-1: "Regras gerais e regras para a construção de edifícios" . Edição da edição alemã. 2010, p. 48 .
- ↑ a b c Instituto Austríaco de Normas : ÖNORM B EN 1993-1-1: 2007-02-01: Projeto e construção de estruturas de aço - Parte 1-1: "Regras gerais de projeto" . 2007, p. 5 (Especificações nacionais para ÖNORM EN 1993-1-1, explicações nacionais e suplementos nacionais).
- ↑ a b c Instituto Alemão de Normalização : DIN EN 1993-1-1 / NA: 2010-12: Anexo Nacional - Parâmetros determinados a nível nacional - Eurocódigo 3: Projeto e construção de estruturas de aço - Parte 1-1: Regras e regras gerais de projeto para a construção civil . 2010, p. 8 .
- ↑ British Standards Institution : NA + A1: 2014 to BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014 UK National Annex para Eurocódigo 3: Projeto de estruturas de aço . 2014, p. 4 (Parte 1-1: Regras gerais e regras para edifícios).
- ↑ para situações de projeto incomuns, γ M1 = 0 também está na Alemanha